ESPOL – FCNM
INGENIERÍA QUÍMICA
DISEÑO DE PLANTAS
GUÍA DE PRÁCTICA No. 1
Profesor:
Fecha de elaboración:
11/04/2024
Horas de práctica
2
Fernando Zea
Objetivo General: Analizar la metodología del diseño de plantas químicas utilizando
criterios de jerarquía, síntesis y complejidad para el desarrollo adecuado de alternativas
1. Objetivos específicos
a. Utilizar el árbol de decisión y/o el asistente de métodos en Aspen Plus y Aspen
HYSYS para la selección de métodos termodinámicos adecuados asegurando
la precisión de los resultados de simulación.
b. Obtener propiedades de componentes puros utilizando bases de datos de
propiedades físicas disponibles en el simulador Aspen Plus para la
caracterización de compuestos químicos
c. Realizar análisis de sistemas binarios y ternarios empleando el simulador Aspen
Plus para el estudio de sistemas multicomponentes e identificación de
azeótropos.
2. Materiales
a. Computadora
3. Procedimiento
1. Selección de método termodinámico (Aspen Plus y Aspen HYSYS)
Crear una simulación nueva en Aspen Plus y agregar etanol, agua, acetato de
etilo y ácido acético como componentes.
Aplicar el árbol de decisión detallado en Don’t Gamble with Physical Properties
for Simulations para seleccionar el método termodinámico.
Debido a que el ácido acético y el acetato de etilo son polares, nos decantamos
por la ruta de Polar y al ser todos no electrolitos se utiliza la figura 2 para
continuar con la toma de decisión. De momento se asumirá que se está
operando a presiones bajas (P < 10 bar). Los parámetros de interacción se
encuentran disponibles en Aspen Plus, por lo cual seguimos por esta ruta.
Finalmente, los parámetros de interacción se encuentran disponibles dentro del
simulador y al operar con componentes volátiles el sistema no es líquido/líquido.
El árbol de decisión sugiere usar cualquiera de los siguientes métodos: WILSON,
NRTL, UNIQUAC y sus variaciones.
Ahora, se usará la herramienta Methods Assistant dentro de Aspen Plus.
Seleccionar Specify component type-Chemical system-No-Carboxylic acids
(such as acetic acid) in the mixture. El method assistant sugiere el uso de los
métodos NRTL-HOC o WILS-NTH, variantes de los métodos NRTL y WILSON.
Por ahora, se seleccionará el método NRTL-HOC para esta práctica.
Para Aspen HYSYS se sigue un procedimiento similar, solo que en vez de
seleccionar un método termodinámico se debe seleccionar un paquete de
propiedades. Primero, se crea una lista de componentes con los mismos
seleccionados para la simulación en Aspen Plus.
Seleccionar NRTL como el paquete de propiedades para esta simulación. El
asistente de métodos se encuentra en la sección de Home.
2. Análisis de componentes puros (Aspen Plus)
En Aspen Plus, dirigirse a la sección de Analysis y escoger la opción Pure.
En esta ventana se pueden seleccionar propiedades de tipo termodinámico y de
transporte. Las propiedades disponibles son aquellas que dependen de la
temperatura. Seleccionar Thermodynamic como tipo de propiedad, RHO como
propiedad, kg/cum como unidad y la fase de análisis será liquid. Se usará por
defecto los valores detallados en la sección Temperature. Escoger ETHANOL
como componente sujeto a análisis.
RHO vs. Temperature
810
805
LIQUID RHO ETHANOL
800
795
790
785
780
775
RHO kg/cum
770
765
760
755
750
745
740
735
730
725
720
715
710
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Tem perature C
55
60
65
70
75
80
85
90
3. Análisis de mezclas binarias y sistemas ternarios (Aspen Plus)
En la misma sección de Analysis, seleccionar Binary.
Seleccionar el tipo de análisis (Txy, Pxy, Txx, Txxy, Pxxy, y energía de Gibbs de
mezclado). Especificar los componentes, la composición y la presión. Para este
tutorial seleccionar como análisis Txy, como componentes ETHANOL y ACID. La
sección de composición y presión se mantienen por defecto.
95
100
T-xy diagram for ETHANOL/A CID
120
x 1,0132 bar
y 1,0132 bar
115
110
Temperature, C
105
100
95
90
85
80
75
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
0,40
0,45
0,50
0,55
0,60
Liquid/vapor mole fraction, ETHANOL
0,65
0,70
0,75
0,80
0,85
Para el análisis ternario, seleccionar Ternary Diag en la sección de Analysis.
0,90
0,95
1,00
Seleccionar la opción Use Distillation Synthesis ternary maps.
Seleccionar los componentes, la presión, las opciones a calcular (curva residual,
azeótropos y límites de destilación), modelos para las propiedades y base.
Para revisar los resultados se seleccionan las opciones de la ventana Explorer.
4. Rúbrica
N/A.
5. Bibliografía
Haydary, J. (2018). General Procedure for Process Simulation. Chemical Process
Design and Simulation, 15–59. https://doi.org/10.1002/9781119311478.CH2